De nouvelles découvertes indiquent que les effets isotopiques dans les réactions biochimiques sont bien plus importants qu’on ne le pensait auparavant, ce qui nécessite un recalibrage des simulations de dynamique moléculaire. Crédit : Issues.fr.com
Dans une étude récemment publiée, des chercheurs du Département de biochimie médicale et de biophysique (MBB) du Karolinska Institutet ont remis en question l’ancien paradigme entourant les isotopes des éléments légers : carbone, hydrogène, azote et oxygène. Ces isotopes sont désormais apparus comme étant plus puissants qu’on ne le pensait autrefois.
Traditionnellement, les scientifiques croyaient que les effets isotopiques dans les réactions biochimiques étaient plus ou moins proportionnels à la différence de masse entre les isotopes. Par exemple, une différence de masse de 0,5 % entre les enzymes normales et ultralégères (molécules contenant des isotopes lourds appauvris 13C, 2H, 15N, et 18O) devrait produire un effet cinétique ne dépassant pas 1 %. Cependant, l’étude révèle que l’effet peut être de 250 à 300 %, soit deux ordres de grandeur plus importants que prévu, en fonction de la température.
Les simulations de dynamique moléculaire, largement utilisées dans des milliers de publications scientifiques, ont systématiquement négligé la composition isotopique. Les chercheurs doivent désormais recalibrer leurs résultats, en tenant compte de l’influence cachée des isotopes.
Romain Zubarev. Photo : Stefan Zimmermann
« Les composés isotopiquement purs, tels que les enzymes, ont des propriétés supérieures à celles des composés conventionnels. Cela affecte non seulement la chimie et la biochimie, mais aussi la biologie et, éventuellement, la médecine », explique Roman Zubarev, professeur et chef du groupe de recherche Roman Zubarev du MBB.
Selon Roman, plusieurs domaines de la science et de la technologie peuvent être immédiatement touchés.
« Premièrement, les enzymes ultralégères peuvent être immédiatement produites par expression dans E. Coli cultivé dans des milieux appauvris en isotopisme, comme nous l’avons fait dans ce travail. Ces enzymes fonctionnent 2 à 3 fois plus vite que les enzymes correspondantes exprimées par le même E. Coli mais cultivées dans un milieu normal. Deuxièmement, l’application de l’effet ultraléger en biologie : on peut cultiver des organismes ultralégers et étudier leurs propriétés différentes. Par exemple, nous avons cultivé des C. Elegans sur l’E. coli ultraléger et avons constaté qu’ils grandissent plus vite, mais vieillissent et meurent plus tôt. Troisièmement, le domaine de la séparation des isotopes peut connaître une demande considérablement accrue en matière d’épuisement des isotopes lourds.
« De nouvelles méthodes, notamment la chromatographie, devront peut-être être développées pour satisfaire cette demande et réduire le coût des composés ultralégers. Enfin, les techniques d’analyse des isotopes stables dans les protéines, telles que notre spectrométrie de masse à rapport isotopique à transformée de Fourier, susciteront un intérêt accru », conclut Roman.
